[发明专利]一种多孔球形的高压锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种球形多孔锂离子电池高压正极材料的制备方法。

背景技术

随着各种电子设备以及电动汽车、混合动力汽车的发展，对为其提供能量的锂离子电池提出了更高的要求。锂离子电池的容量密度和能量密度较高，被公认为最有希望的动力电池。

但锂离子电池在电动汽车行业的大规模商业化，还需近一步提高其电化学性能。其中电池的比能量是制约目前电动汽车行驶里程的瓶颈问题。如：以现今广泛使用的磷酸铁锂/石墨锂离子动力电池为例，其比能量一般为100～120Wh·kg^-1，其比能量已达到其极限值，电动汽车一次充电行驶里程不及传统汽油车的1/3里程。为满足现代电动汽车技术发展的需求，必须全面提升动力电池的性能，其中提高电池比能量、延长电动车的行驶里程是关键。因此高比能锂离子动力电池的研发已成为电池研究领域的热点和重点。提高电池的能量密度，比较有效的方法就是提高电池电极材料的工作电压。

在高工作电压电极材料方面，尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄表现出一个可接受的稳定性能和高的放电容量，并且具有一个高达4.7左右的放电平台，其能量密度比LiCoO₂正极材料高20％，被认为是最有发展前景的锂离子电池高电位正极材料之一。但是LiNi_0.5Mn_1.5O₄最大的不足是在材料650℃高温合成过程中失氧，生成NiO或者Li_1-xNi_xO杂质,进而导致LiNi_0.5Mn_1.5O₄在大电流充放电时容量衰减快、倍率性能较差，可逆容量远不能达到所需的目标要求。此外，在电池充放电过程中LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料与含氟电解液直接接触时，容易导致Ni²⁺与痕量的HF反应生产NiF₂，进一步降低了LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的可逆容量及倍率性能。因此，通过改进合成方法和表面修饰改善倍率性能成为LiNi_0.5Mn_1.5O₄实用化进程的关键，具有非常广泛的应用前景。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种有机溶剂辅助共沉淀法制备球形多孔的具有P4₃32结构的高压LiNi_0.5Mn_1.5O₄-FePO₄复合正极材料的方法，以期获得高循环性能和高倍率容量的LiNi_0.5Mn_1.5O₄基高压正极材料。

本发明所提供的球形多孔锂离子电池高压正极材料的制备方法具体步骤如下：

(1)将水和有机溶剂以体积比为1:1的比例配制成水溶液，并加入硫酸镍和硫酸锰，然后加入碳酸氢铵，室温下搅拌30分钟，再将所得混合物加入水热釜180-220℃反应6-12h，然后过滤出沉淀物，洗涤干燥，得到碳酸化合物前躯体；然后将所得碳酸化合物前躯体和锂源球磨混合均匀后放在马弗炉中500-600℃焙烧4-6h，再800-1000℃焙烧10-15h，然后600℃下保温5-10h，即制得多孔球形的具有P4₃32结构的高压锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄；

所述镍源、锰源、碳酸盐的摩尔比为1:3:6.4-7.2；所述碳酸化合物前躯体和锂源的摩尔比为1:1-1.05；

所述的锰源为硝酸锰、硫酸锰中的一种；所述的镍源为硝酸镍、硫酸镍中的一种；所述的碳酸盐为碳酸铵、碳酸氢铵中的一种；所述的锂源为碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种；所述的有机溶剂为乙醇、苯甲醇、乙二醇、丙酮中的一种。

(2)将摩尔比1:1的铁源和NH₄H₂PO₄溶于去离子水中，并在室温下强烈搅拌3-4h，得到混合溶液；

所述的铁源为乙二酸亚铁、硝酸铁中的一种。